市政道路高邊坡擋土墻設計分析

摘要 當市政道路的填土較高時，應多設置擋土墻以收縮坡腳。為了保證擋土墻的安全，文章首先分析了擋土墻的作用組合和設計方法；然后，從基礎埋置、地基處理、土壓力計算、穩定性驗算（抗傾覆和抗滑移）、沉降縫、伸縮縫、排水構造等方面闡述了擋土墻的設計要點；最后，以陜西省某市政道路的衡重式擋土墻為例，開展了案例分析，研究成果可為類似項目的擋土墻設計提供借鑒。

關鍵詞 擋土墻；土壓力；作用組合；構造設計；地基基礎；穩定性

中圖分類號 U417.11 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0081-03

0 引言

近年來，隨著城鎮化的持續推進，市政道路的建設里程逐年增加。在填土較高的路段，路基直接放坡占地面積大，對周邊影響較大，容易引起居民的投訴。為了解決這一問題，可設置擋土墻。然而，很多設計人員在布置擋土墻時，盲目參考圖集，對設計原理理解不清，且不重視擋土墻的穩定性驗算，使得擋土墻在運營期間出現傾覆或滑移，甚至造成安全事故。因此，進一步研究市政道路高邊坡的擋土墻設計具有重要意義。

1 擋土墻作用組合和設計方法

1.1 作用組合

當遇到用地、拆遷限制或文物保護等時，市政道路中的高填方邊坡需設置支擋結構收縮坡腳，比如重力式擋土墻、扶壁式擋土墻、懸臂式擋土墻、樁板墻等。擋土墻設計時需考慮永久作用、可變作用（基本可變作用、其他可變作用、施工荷載）、偶然作用。對于一般地區，只需考慮永久作用和基本可變作用即可，而對于浸水地區、地震動峰值加速度＜0.2 g的地區、存在凍脹力地區等，還應考慮其他可變作用和偶然作用，具體作用組合可參考表1所示[1]：

1.2 設計方法

根據《城市道路路基設計規范》（CJJ 194—2013）（以下簡稱《規范》），擋土墻設計可采用極限狀態下的分項系數法，見式（1）：

式中，S——作用效應的組合設計值（kN）；R（·）——支擋結構的抗力函數（kN）；Rk——抗力材料的強度標準值（kPa）；γf——分項系數；αd——結構構件幾何參數的設計值；γ0——結構重要性系數，與支擋結構的安全等級有關，當安全等級為一級、二級、三級時，重要性系數最小值分別取1.1、1.0、1.0。

2 擋土墻結構設計要點

2.1 基礎與地基設計

（1）基礎設計

擋土墻應優先采用明挖擴大。當基底位于坡度＞5.0%的縱向斜坡時，基底應開挖成臺階，且臺階高度≥0.5 m，臺階寬≥1.0 m；當基底位于橫向斜坡時，應結合地層類型確定最小埋入深度和距地表的水平距離，具體可參考表2所示：

此外，在確定基礎埋深時還應注意以下幾點：（1）在風化層較薄的硬質巖石地基上，擋土墻基底應置于風化層以下[2]。（2）在凍土地區或季節性凍土地區，應根據凍結深度確定擋土墻的基礎埋深；當凍結深度≤1.0 m時，基礎埋入深度不小于1.0 m，且基底應在凍結線以下0.25 m；當凍結深度＞1.0 m時，基礎埋入深度不小于1.25 m，并將凍結線以下0.25 m范圍內的地基土換填成弱凍脹材料。（3）當擋土墻受水流沖刷時，基底應在局部沖刷線以下至少1.0 m。

（2）地基設計

一般情況下，擋土墻高度越大，其基底壓力越大，地基承載力要求越高。由《規范》可知，擋土墻基底最大壓應力Pmax應滿足式（2）和式（3）：

式中，fa——地基承載力修正值（kPa）；k——提高系數，組合Ⅰ、組合Ⅱ、組合Ⅲ對應的提高系數分別為1.0、1.0、1.25；f0——地基承載力特征值（kPa）；k1、k2——寬度和深度的修正系數；B——基礎底面寬度（m）；h——基礎埋深（m）；γ1、γ2——基底下和基底上的土體天然重度（kN/m3）。

如果不滿足上述要求，需對擋土墻基底以下地基土進行處理。目前，常用的處理方法為換填法，即將地基土開挖，回填強度高、承載力好的碎石、砂礫等材料，并分層填筑、分層壓實。如果換填深度3.0 m，而地基土承載力仍小于Pmax，可采用復合地基方案，比如水泥攪拌樁、CFG樁、預應力混凝土管樁等。

2.2 擋土墻土壓力和穩定性計算

（1）側向土壓力計算

在擋土墻設計時，一般應考慮被動土壓力和主動土壓力的作用。

一般情況下，被動土壓力可作為擋土墻的安全儲備，不予考慮。只有當擋土墻基礎埋置較深且地層穩定、不受水流沖刷時，擋土墻穩定性驗算才考慮被動土壓力[3]。

基于平面滑裂面的假定（如圖1所示），擋土墻主動土壓力可按式（4）進行計算。主動土壓力計算的關鍵是確定Ka，但《規范》中給出的計算公式極其復雜，手動計算容易出現錯誤。如條件允許，可借助專門的計算小程序。同時，對于車輛荷載、行人等引起的側向壓力，也應考慮進去，可將其換算為等價的均勻土層厚度。

式中，Ea——主動土壓力合力（kN/m）；r——墻背填料重度（kN/m3）；H——擋土墻高度（m）；Ka——主動土壓力系數。

（2）穩定性計算

在擋土墻的截面尺寸、作用組合等確定后，應對擋土墻的抗滑動穩定性和抗傾覆穩定性開展驗算，穩定系數應滿足表3所示的相關要求。如果驗算結果不滿足《規范》，可調整擋土墻斷面尺寸或采取改善措施。如需提高抗滑動穩定性，可在擋土墻基底做逆坡、增加凸榫或換填摩擦系數更大的地基土；如需提高抗傾覆穩定性，可采取降低擋土墻墻背坡度、在墻背設置衡重臺、增大擋土墻的前襟邊等措施[4]。

2.3 擋土墻其他構造

（1）變形縫

在擋土墻結構中，變形縫有沉降縫和伸縮縫兩類，如果不設置或設置不合理，容易使擋土墻因變形過大而失效。

沉降縫：在擋土墻高度變化、地基土性能變化等位置，地基土的受力不均勻。此時，需在擋土墻墻身設置沉降縫，以減小地基不均勻沉降對擋土墻變形的影響。一般情況下，沉降縫從墻頂貫穿擋土墻斷面，并用瀝青麻絲、橡膠條等材料填塞縫隙，但沒有必要沿著整個擋土墻斷面填塞。如果擋土墻不受水流沖刷，只需在沉降縫的兩側填塞10～15 cm，中間部分可填塞黏土。如果擋土墻墻前持續流水，需利用塑料止水帶、橡膠止水帶等材料封閉沉降縫。

伸縮縫：大多數市政道路擋土墻都用混凝土澆筑而成，具有明顯的“熱脹冷縮”特性。在道路運營期間，擋土墻會因氣候冷熱變化而膨脹或收縮，從而使墻體出現溫度裂縫（呈水平或傾斜），甚至導致擋土墻破壞。為了解決這一問題，需在擋土墻設置伸縮縫。伸縮縫也需用瀝青麻絲、橡膠條等材料填塞，填塞方法與沉降縫相同。

（2）排水和防水構造

如果擋土墻墻背的填土有水，會對墻背產生額外的側向壓力，降低擋土墻穩定性。因此，可在墻身設置排水孔，排除墻后積水。排水孔孔徑一般取5～10 cm，并向外設置5%左右的坡度。墻身排水孔可設置2～3排，呈梅花形布置。最低一排的排水孔應高于地面或墻前水位，且宜設置黏土隔水層，防止墻后水分下滲。

此外，每排排水孔還應設置碎石反濾層，以免水流沖刷的泥土堵塞排水孔。反濾層可由3～4層碎石組成，且碎石粒徑自孔口向外逐漸減小。如條件允許，可用土工布代替碎石反濾層[5-6]。

3 擋土墻結構設計案例分析

3.1 工程概況

研究對象為陜西省某市政道路，其設計速度為50 km/h，全長2.45 km，道路紅線寬度為26～34 m，路面為瀝青混凝土路面，設計使用年限為15年。以K2+200～K2+350段道路為例，其路基填土較高，最大填高為12.5 m，最小填高為10.2 m，平均填高約10.8 m。道路南側為村莊，如直接放坡，征地拆遷較大，工程投資相應提高。為了解決這一問題，擬采用“衡重式路肩墻”進行收坡，以減小道路建設產生的不利影響。

經勘察，擋土墻下方的地基土以粉質填土為主，呈褐黃色，可塑～硬塑狀，黏性較好，含少量砂礫，地基承載力特征值約150 kPa，抗震設防烈度為Ⅶ度。粉質黏土摩擦系數取0.5，與擋土墻基底的摩擦系數取0.4。同時，地下水埋藏較深，毛細水上升對擋土墻基本無影響，可不考慮地下水位線。

3.2 擋土墻設計方案

擋土墻布置采用緯地擋墻軟件，基礎最小埋置深度控制在1.5 m，沉降縫和伸縮縫合并設置，設置間距取10 m，用瀝青麻絲在縫兩側填塞15 cm。同時，擋土墻墻身排水孔采用耐久性好、價格便宜的φ7.5PVC管，孔徑取5 cm，共設置2排，梅花形布置，排水孔豎向間距取3.0 m，最低一排的排水孔距地面1.0 m。由于擋墻高度較高，地基承載力不足，擬將擋土墻基底以下2 m的粉質黏土開挖，回填碎石壓實，提高地基承載力，具體處理方案如圖2所示：

3.3 擋土墻驗算結果

利用理正巖土軟件計算擋墻在不同作用組合下的穩定性，計算步驟如下：選擇工作路徑—選擇行業和擋土墻形式—增加計算項目—輸入擋墻尺寸、地基土物理力學參數、荷載等參數—開始計算。以高度8.0 m的衡重式擋土墻為例（頂寬2.75 m、底寬3.0 m、墻趾高1.0 m、墻趾寬0.3 m），其穩定性計算結果如圖3所示：

經計算，該擋土墻在作用組合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下的抗傾覆穩定系數和抗滑移穩定系數均滿足《規范》要求，說明擋土墻的設計方案可行。

4 結論

該文主要分析了擋土墻的設計方法、結構設計要點、穩定性驗算方法等，并以陜西省某市政道路的衡重式擋土墻為例開展分析，得到了以下幾個結論：

（1）擋土墻設計是基于極限狀態下的分項系數法，并結合實際情況考慮永久作用、可變作用、偶然作用等。

（2）擋土墻埋深不宜過小，且基底最大壓應力應大于地基土承載力。如不滿足要求，需采用換填法或復合地基處理。

（3）為了防止擋土墻變形異常，可間隔20 m合并設置沉降縫和伸縮縫。當墻后有水時，可布置PVC管（梅花形布置）進行排水。

（4）擋土墻布置完成后，需計算抗滑動穩定性和抗傾覆穩定性。如計算結果不滿足《規范》要求，可調整擋墻斷面或埋置條件。

參考文獻

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